JP6459104B2 - Wavelength conversion device and illumination device - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換装置及び照明装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion device and an illumination device.
レーザーなどの固体光源を用いた照明がある。このような照明では、固体光源が発する青色光を蛍光体に照射することで白色光を作り出す。蛍光体は、青色光の一部により励起された黄色光と透過した青色光の他部とを散乱させるので、これらが混色された白色光を作り出すことができる。 There is illumination using a solid-state light source such as a laser. In such illumination, white light is produced by irradiating the phosphor with blue light emitted from a solid light source. The phosphor scatters yellow light excited by part of the blue light and the other part of the transmitted blue light, so that white light mixed with these can be created.
一方で、レーザーなどの固体光源は、指向性が強くエネルギー密度が高い。そのため、蛍光体に、固体光源の発する青色光が直接的に照射されたときには、蛍光体は、照射された領域で多くの熱が発生し高温となる。蛍光体は温度が高くなると波長変換効率が下がる温度消光特性を有するので、蛍光体の温度上昇を抑制する必要がある。 On the other hand, solid light sources such as lasers have high directivity and high energy density. Therefore, when the phosphor is directly irradiated with the blue light emitted from the solid light source, the phosphor generates a large amount of heat in the irradiated region and becomes a high temperature. Since the phosphor has a temperature quenching characteristic in which the wavelength conversion efficiency decreases as the temperature rises, it is necessary to suppress the temperature rise of the phosphor.
そこで、例えば特許文献1には、固体光源からの光を拡散させる拡散手段を蛍光体層上に形成する照明装置について開示されている。特許文献1によれば、拡散手段により、固体光源からの光のエネルギー分布を拡散させることで、蛍光体層へのエネルギー集中を防ぎ(熱負荷を軽減し)、蛍光体層の温度上昇を抑制することができる。
Thus, for example,
しかしながら、上記の従来技術では、蛍光体層への熱負荷を軽減できるものの、固体光源からの光の一部が拡散により散乱ロスされてしまうという問題がある。つまり、上記の従来技術では、照明装置の高出力化を図るのが難しいという問題がある。 However, although the conventional technology described above can reduce the thermal load on the phosphor layer, there is a problem that a part of the light from the solid light source is scattered and lost by diffusion. That is, the above-described conventional technique has a problem that it is difficult to increase the output of the lighting device.
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、蛍光体層への熱負荷を軽減しつつ、高出力化を図ることができる波長変換装置及びそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a wavelength conversion device capable of achieving high output while reducing the thermal load on the phosphor layer and an illumination device using the same. Objective.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る波長変換装置は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発する光源と、入射面に入射された前記光源からの光を波長変換する蛍光体層と、前記光源と前記蛍光体層との間に配置され、前記光源が発する光をリング状に配向して、前記蛍光体層の前記入射面に入射させる光学部材とを備える。 In order to achieve the above object, a wavelength conversion device according to an aspect of the present invention includes a light source that emits light having a predetermined wavelength in a wavelength region from ultraviolet light to visible light, and the light source incident on an incident surface. A phosphor layer for wavelength-converting the light of the light, and an optical element arranged between the light source and the phosphor layer, orienting the light emitted from the light source in a ring shape, and entering the incident surface of the phosphor layer A member.
本発明の一態様に係る波長変換装置では、蛍光体層への熱負荷を軽減しつつ、高出力化を図ることができる。 With the wavelength conversion device according to one embodiment of the present invention, high output can be achieved while reducing the thermal load on the phosphor layer.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ(工程)及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments shown here shows a specific example of the present invention. Accordingly, the numerical values, shapes, materials, components, component arrangement and connection forms, steps (steps) and order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples and limit the present invention. is not. Among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims can be arbitrarily added. Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly.
(実施の形態)
[照明装置]
以下では、まず、本実施の形態における波長変換装置が用いられる応用製品として、照明装置を例に挙げて説明する。(Embodiment)
[Lighting device]
In the following, first, an illumination device will be described as an example of an application product in which the wavelength conversion device according to the present embodiment is used.
図1は、本実施の形態における波長変換装置1が用いられる照明装置4の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an illumination device 4 in which the
図1に示される照明装置4は、例えば内視鏡やファイバースコープなどであり、波長変換装置1と、光ファイバ2と、灯具3とを備える。
The illumination device 4 shown in FIG. 1 is, for example, an endoscope or a fiberscope, and includes a
光ファイバ2は、離れた場所に光を伝える伝送路である。光ファイバ2は、高屈折率のコアをコアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造で構成される。コアおよびクラッド層はともに光に対して透過率が非常に高い石英ガラスまたはプラスチックからなる。
The
灯具3は、光ファイバ2を介して伝送された波長変換装置1からの光を、観察対象物に照射するために用いられる。灯具3は、例えば、ステンレス製のファイバカップリング、ステンレス製のフェルール、ガラス製のレンズ、アルミ製のホルダー、およびアルミ製の外郭で構成される。
The
波長変換装置1は、照明装置4においてはレーザーを用いた光源手段に該当し、光ファイバ2に光を入射する。以下、波長変換装置1の詳細について説明する。
The
[波長変換装置]
図2は、本実施の形態における波長変換装置1の構成の一例を示す図である。[Wavelength converter]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
波長変換装置1は、図2に示すように、光源11と、光学部材12と、蛍光体層13とを備える。
As shown in FIG. 2, the
(光源11)
光源11は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発する。本実施の形態では、光源11は、青色光を発するレーザーである。(Light source 11)
The
(光学部材12)
図3Aは、本実施の形態における光学部材12の構成の上面図を示す図である。図3Bは、図3Aに示す回折型レンズアレイ122の上面図及び断面図を示す図である。(Optical member 12)
FIG. 3A is a diagram showing a top view of the configuration of the
光学部材12は、光源11と蛍光体層13との間に配置され、光源11が発する光をリング状に配向して、蛍光体層13の入射面に入射させる。光学部材12は、光源11が発する光を、光源11の光軸を中心とした光源11が発する光の径以下の径のリング状に配向して蛍光体層13の入射面に入射させる。光学部材12は、例えば回折型のマイクロレンズアレイの一例であり、例えば図2及び図3Aに示すように、基材121と、回折型レンズアレイ122とを備える。
The
基材121は、回折型のマイクロレンズアレイの基材である。具体的には、基材121上には、回折型レンズアレイ122が形成されている。
The
なお、基材121を形成する材料としては、例えば、ガラス、プラスチックなど任意のものを用いることができる。ここで、ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラスなどを用いることができる。また、プラスチックとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などを用いることができる。また、基材121の材料は、耐熱性を考慮して選ぶ必要がある。さらに、基材121は、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ0の材料で形成されていることが好ましい。
In addition, as a material which forms the
回折型レンズアレイ122は、光源11が発する光をリング状に配向して、蛍光体層13の入射面に入射させる。回折型レンズアレイ122は、光学部材12(回折型のマイクロレンズアレイ)の出射面に設けられており、例えば図3Aおよび図3Bの(a)に示されるように、光源11が発する光を回折させる複数の回折レンズと光源11が発する光を直進させる直進部122cとを有する。
The
本実施の形態では、回折型レンズアレイ122が1つの直進部122cを有する場合について説明する。なお、回折型レンズアレイ122の中心は、図3Bの(b)示す例ではX軸とY軸との交点で示されており、図3Bの(a)に示す例ではZ軸で示されている。また、図3Bの(a)に示す例では、回折型レンズアレイ122の中心から周辺に向かう方向は、X軸に沿ってZ軸から離れる方向で示されているが、Y軸に沿ってZ軸から離れる方向も同様のため図示を省略している。また、図3Aおよび図3Bでは、光源11の光のスポット径は3mmであるとして、基材121の厚みが例えば1mm、回折型レンズアレイ122の直径が例えば4mmとして示されている。
In the present embodiment, a case where the
直進部122cは、図3Aに示すように、光学部材12を上面視したときの複数の回折レンズが設けられていない円環領域に該当し、光学部材12の出射面と略平行な平坦面となるように設けられている。より具体的には、直進部122cは、図3Bの(a)に示すように、回折型レンズアレイ122の表面のうち複数の回折レンズが設けられていない領域に、基材121の上面(光学部材12の出射面)と略平行な平坦面となるように設けられている。直進部122cは、Z軸の−側から入射した光源11が発する光をそのまま(回折などさせずに)直進させる。なお、図3Bの(a)に示す例では、光源11の光のスポット径が3mmであることから、直進部122cは、回折型レンズアレイ122の中心(Z軸)を原点とした半径0.9mmの円〜半径1.1mmの円の間の領域に設けられている。
As shown in FIG. 3A, the
複数の回折レンズは、図3Aに示すように、光学部材12を上面視したとき、光学部材12の出射面において同心円状に設けられている。複数の回折レンズは、図3Bの(a)に示すように、当該出射面に垂直な面における複数の回折レンズの断面は鋸歯状である。ここで、複数の回折レンズのピッチは、所定の区域ごとに異なる。
As shown in FIG. 3A, the plurality of diffractive lenses are concentrically provided on the exit surface of the
より具体的には、複数の回折レンズは、図3Bの(a)に示すように、回折型レンズアレイ122の表面部分のうち直進部122cが設けられていない領域に所定の区域ごとに異なるピッチで同心円状に設けられている。複数の回折レンズは、出射面に垂直な面における複数の回折レンズの断面は鋸歯状であるため、回折型レンズアレイ122は、いわゆるブレーズド回折格子に該当する。これにより、回折型レンズアレイ122は、一次回折効率を高くでき、光源11の光のロス(光学ロス)を少なくすることができる。
More specifically, as shown in FIG. 3B (a), the plurality of diffractive lenses have different pitches for each predetermined area in the surface portion of the
また、複数の回折レンズのピッチは、上面視において光学部材12の中心から直進部122cに向かって広くなり、直進部122cから外側に向かって狭くなるように設けられている。より詳細には、図3Bの(a)に示すように、複数の回折レンズのピッチは、同一区域内では同一であるが、区域1〜区域5のそれぞれ、および、区域6〜区域10のそれぞれにおいて異なるように設けられている。さらに、複数の回折レンズのピッチは、区域1よりも区域2、区域2よりも区域3というように直進部122cから近づくほど大きくなるように設けられている。図3Bに示す例では、区域1はZ軸を原点とした半径0mmの円〜半径0.1mmの円の間の領域であり、区域2はZ軸を原点とした半径0.1mmの円〜半径0.3mmの円の間の領域である。区域3はZ軸を原点とした半径0.3mmの円〜半径0.5mmの円の間の領域であり、区域4はZ軸を原点とした半径0.5mmの円〜半径0.7mmの円の間の領域である。区域5はZ軸を原点とした半径0.7mmの円〜0.9mmの円の間の領域であり、区域6はZ軸を原点とした半径1.1mmの円〜半径1.3mmの円の間の領域である。区域7はZ軸を原点とした半径1.3mmの円〜1.5mmの円の間の領域であり、区域8はZ軸を原点とした半径1.5mmの円〜半径1.7mmの円の間の領域である。区域9はZ軸を原点とした半径1.7mmの円〜1.9mmの円の間の領域であり、区域8はZ軸を原点とした半径1.9mmの円〜半径2mmの円の間の領域である。つまり、区域2〜区域9のそれぞれは、2mm幅の円環領域として設けられている。
Further, the pitch of the plurality of diffractive lenses is provided so as to increase from the center of the
また、図3Bに示す例では、複数の回折レンズの格子高さは0.9μmである。そして、区域1および区域10の格子ピッチは2.3μmであり、区域2および区域9の格子ピッチは2.9μmである。区域3および区域8の格子ピッチは3.8μmであり、区域4および区域7の格子ピッチは5.6μmである。また、区域5および区域6の格子ピッチは11.3μmであり、区域4および区域7の格子ピッチは5.6μmである。このように、複数の回折レンズのピッチは、上面視において光学部材12の中心から直進部122cに向かって広くなり、直進部122cから外側に向かって狭くなる。
In the example shown in FIG. 3B, the grating height of the plurality of diffraction lenses is 0.9 μm. The lattice pitch of the
このように設けられる複数の回折レンズは、Z軸の−側から入射した光源11が発する光を、直進部122cを直進した光に向かうように回折することができる。
The plurality of diffractive lenses provided in this way can diffract the light emitted from the
以上のように構成される回折型レンズアレイ122は、光源11が発する光をリング状に配向して蛍光体層13の入射面に入射させることができるので、蛍光体層13の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。
Since the
なお、回折型レンズアレイ122の材料は、回折型レンズアレイ122の形成方法や耐熱性、屈折率によって選択される。回折型レンズアレイ122の形成方法としては、ナノインプリント、印刷、フォトリソ、EBリソ、粒子配向などが挙げられる。回折型レンズアレイ122の材料は、回折型レンズアレイ122を、例えばナノインプリントや印刷により形成する場合、UV硬化樹脂としてエポキシ樹脂やアクリル樹脂など、熱可塑性樹脂としてポリメタクリル酸メチル(PMMA)などを選択すればよい。また、回折型レンズアレイ122の材料は、耐熱性を考慮して、ガラスや石英を選択し、フォトリソやEBリソにより回折型レンズアレイ122を形成してもよい。また、回折型レンズアレイ122は、基材121からの光が入射しやすいように基材121と同程度の屈折率の材料で形成されていることが好ましい。さらに、回折型レンズアレイ122は、基材121と同様に、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ0の材料で形成されていることが好ましい。
The material of the
(蛍光体層13)
蛍光体層13は、光源11が発する青色光から白色光を作り出し、作り出した白色光を光ファイバ2に入射する。(Phosphor layer 13)
The
より具体的には、蛍光体層13は、図2に示す下面(入射面)に入射された光の一部を波長変換する機能を有する。本実施の形態では、蛍光体層13は、光源11からの青色光が入射され、入射された青色光の一部により励起された黄色光を出射する。また、蛍光体層13は、入射された青色光の他部を出射(透過)する。蛍光体層13では、これら青色光および黄色光が混色されて出射されることになるので、蛍光体層13は白色光を出射することになる。
More specifically, the
蛍光体層13は、図2に示すように例えば平板状に形成される。蛍光体層13は、蛍光体を含み、当該蛍光体をシリコン、エポキシ等の樹脂で覆って形成される。なお、波長変換に伴う損失は熱に変わる。蛍光体層13は温度が高くなると波長変換効率が下がる温度消光特性を有するため、蛍光体層13の放熱は非常に重要である。ここでは特に図示しないが、蛍光体層13は、例えばAlなどの高熱伝導率を持つ材料で形成された放熱プレートで支持されることが望ましい。また、蛍光体層13を形成する樹脂に熱伝導率の高い材料、例えばZnO等の無機酸化物を混合することで放熱性を高めてもよい。また、蛍光体層13の入射面に微小構造を設け、蛍光体層13に光が入射しやすいように、または入射面から放熱されやすいようにしてもよい。
The
[波長変換装置1の動作]
次に、以上のように構成される波長変換装置1の動作について説明する。[Operation of wavelength converter 1]
Next, the operation of the
図4は、本実施の形態における波長変換装置1の動作を説明するための図である。図5は、図4に示す光学部材12による光の配向を模式的に示す図である。図6は、比較例の動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the
図4に示すように、本実施の形態における波長変換装置1は、光源11と蛍光体層13との間に配置された光学部材12を備えることにより、光源11が発する光11aをリング状に(図でリング13bとなるように)配向して蛍光体層13の入射面に入射させることができる。そして、蛍光体層13は、白色光13eを作りだすことができる。
As shown in FIG. 4, the
図5には、本実施の形態の波長変換装置1の図4に示すz軸平面における断面の模式図が示されている。すなわち、図5に示すように、本実施の形態の波長変換装置1では、光源11が発する光11aは、模式的に光12bとして示されるように、直進部122cではそのまま直進する一方で、複数の回折レンズでは直進部122cを直進した光に向かうように回折される。このようにして、本実施の形態の波長変換装置1は、光源11からの光11aを光学部材12でリング状に配向して蛍光体層13に入射する。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a cross section in the z-axis plane shown in FIG. 4 of the
このように、本実施の形態における波長変換装置1では、蛍光体層13の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。
Thus, in the
一方、図6に示す比較例では、本実施の形態の光学部材12を備えない波長変換装置50について示されている。
On the other hand, the comparative example shown in FIG. 6 shows a
図6に示す比較例における波長変換装置50では、光源11が発する光11aがリング状に配向されず、そのまま蛍光体層13の入射面の領域52aに向けて出射され、領域52aにおいて白色光52bを作りだす。しかし、蛍光体層13の領域52aに、光11aのエネルギーが集中しているため、領域52aの温度上昇が抑制できない。つまり、比較例における波長変換装置50を使用すればするほど、領域52aの温度が上昇し、波長変換効率が下がっていってしまう。そのため、比較例における波長変換装置50では、光11aのエネルギーを減らすために光源11の出力を絞る必要が発生する。
In the
以上のように、本実施の形態における波長変換装置1では、光11aを直接蛍光体層13の入射面に入射する比較例の場合と異なり、当該入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。これにより、蛍光体層13の温度上昇を抑制することができるので、光源11が発する光をロスすることなく蛍光体層13に全量出射することができる。つまり、本実施の形態における波長変換装置1によれば、光源11が発する光のエネルギーを大きくしても蛍光体層13の温度上昇を抑制できるので、高出力化を図ることができる。
As described above, in the
[波長変換装置1の熱解析結果]
図7Aは、比較例における蛍光体層の熱解析結果の一例を示す図である。図7Bは、実施の形態における蛍光体層の熱解析結果の一例を示す図である。[Thermal analysis result of wavelength converter 1]
FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a thermal analysis result of a phosphor layer in a comparative example. FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a thermal analysis result of the phosphor layer in the embodiment.
図7Aに示すように、比較例では、蛍光体層13の領域52a(図ではφ3mmの均一領域)に、光11aのエネルギーが集中しているため、当該領域の中心部分の温度が最も高い162.2℃となっているのがわかる。
As shown in FIG. 7A, in the comparative example, the energy of the light 11a is concentrated in the
一方、図7Bに示すように、本実施の形態では、光11aのエネルギーがリング状に配向されてエネルギーが分散されているため、蛍光体層13の領域13aのφ2mm〜φ3mmの環状部分の温度が最も高く151.2℃となっている。また、図7Bに示す熱解析結果では、総発熱量5Wであり、φ2mm〜φ3mmの環状部分で4W、φ0mm〜φ2mmの中心部分で1Wの発熱量であった。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the present embodiment, the energy of the light 11a is oriented in a ring shape and the energy is dispersed. Therefore, the temperature of the annular portion of φ2 mm to φ3 mm in the
したがって、本実施の形態の蛍光体層13では、比較例の蛍光体層13に比べると光11aのエネルギーの集中を防ぐことができるのがわかる。
Therefore, it can be seen that the
[効果等]
以上のように、本実施の形態の波長変換装置1によれば、光源11と蛍光体層13との間に光源11より入射された光を回折によりリング状に配向して蛍光体層13の入射面に入射させる光学部材を備える。これにより、蛍光体層13への熱負荷を軽減しつつ、高出力化を図ることができる。[Effects]
As described above, according to the
より具体的には、本発明の一態様に係る波長変換装置は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発する光源11と、入射面に入射された光源11からの光を波長変換する蛍光体層13と、光源11と蛍光体層13との間に配置され、光源11が発する光をリング状に配向して蛍光体層13の入射面に入射させる光学部材と12を備える。
More specifically, the wavelength conversion device according to one embodiment of the present invention includes a
これにより、光源11が発する光がリング状に配向されて蛍光体層13の入射面に入射されるので、蛍光体層13の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。それにより、光源11が発する光のエネルギーを大きくしても蛍光体層13の温度上昇を抑制できるので、波長変換装置1の高出力化を図ることができる。
Thereby, since the light emitted from the
ここで、例えば、光学部材12によりリング状に配向される光源11が発する光は、光源11の光軸を中心とした光源11が発する光の径以下の径で入射される。
Here, for example, light emitted from the
また、例えば、光学部材12は、回折型のマイクロレンズアレイである。
For example, the
これにより、当該マイクロレンズアレイにより入射光を回折することにより、光源11が発する光の光学ロスを少なくし高出力化できる。
Thereby, by diffracting incident light by the microlens array, optical loss of light emitted from the
なお、回折型レンズアレイ122の構成は、上述したように、1つの直進部122cを有する場合に限らない。光源11の光のスポット径に含まれる領域に設けることができる場合には、2つの直進部を有するとしてもよいし、3以上の直進部を有するとしてもよい。以下、回折型レンズアレイが2つの直進部を有する場合について説明する。
Note that the configuration of the
図8は、実施の形態における光学部材22の構成の別の一例の断面図を示す図である。図9は、図8に示す光学部材22を有する波長変換装置1の動作を説明するための図である。図3Bや図4と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional view of another example of the configuration of the
光学部材22は、光源11と蛍光体層13との間に配置され、光源11が発する光をリング状に配向して、蛍光体層13の入射面に入射させる。光学部材22は、光源11が発する光を、光源11の光軸を中心とした光源11が発する光の径以下の径の2つのリング状に(図9でリング13b、13cとなるように)配向して蛍光体層13の入射面に入射させる。ここで、2つのリング(リング13b、リング13c)は、同心である。光学部材22は、回折型のマイクロレンズアレイの一例であり、例えば図4に示すように、基材121と、回折型レンズアレイ222とを備える。
The
回折型レンズアレイ222は、例えば図8に示されるように、光学部材22(回折型のマイクロレンズアレイ)の出射面に設けられており、光源11が発する光を回折させる複数の回折レンズと光源11が発する光を直進させる2つの直進部(直進部222c、222d)とを有する。
For example, as shown in FIG. 8, the
なお、複数の回折レンズのピッチは、上面視において光学部材22の中心から直進部222cに向かって広くなり、直進部222cから直進部222cおよび直進部222dの中間位置に向かって狭くなるように設けられている。また、複数の回折レンズのピッチは、直進部222cおよび直進部222dの中間位置から直進部222dに向かって広くなり、直進部222dから外側に向かって狭くなるように設けられている。
The pitch of the plurality of diffractive lenses is provided so as to increase from the center of the
複数の回折レンズは、このように設けられることにより、Z軸の−側から入射した光源11が発する光を、直進部122cまたは直進部122dを直進した光に向かうように回折することができる。
By providing the plurality of diffractive lenses as described above, the light emitted from the
このようにして、図9に示されるように、光学部材22は、光源11が発する光11aをリング状に(図でリング13b、13cとなるように)配向して蛍光体層13の入射面に入射させることができる。そして、蛍光体層13は、白色光13eを作りだすことができる。
In this way, as shown in FIG. 9, the
なお、上記例では、光源11が発する光11aを2つのリング状に配向し蛍光体層13の入射面に入射するとしたが、これに限らない。直進部を3以上設けることで、3以上のリング状に)配向して蛍光体層13の入射面に入射させるとしてもよい。
In the above example, the light 11a emitted from the
(変形例1)
本発明の波長変換装置1の構成は、上記実施の形態で説明したものに限らない。蛍光体層13上に、上述した回折型レンズアレイ122とは異なる回折型レンズアレイを有するマイクロレンズアレイをさらに備えるとしてもよい。以下、この場合の例を変形例として説明する。(Modification 1)
The configuration of the
図10は、本変形例における波長変換装置1Aの構成の一例を示す図である。図11は、本変形例におけるマイクロレンズアレイ14の断面図である。図12は、図10に示すマイクロレンズアレイ14の上面図である。図2と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
マイクロレンズアレイ14は、基材141と回折型レンズアレイ142とを備える。
The
基材141は、マイクロレンズアレイ14の基材であり、平板状に形成されている。本変形例では、基材141は、蛍光体層13上に形成されている。基材141上には、回折型レンズアレイ142が形成される。
The
基材141を形成する材料としては、基材121と同様であるため詳細な説明は省略するが、基材141は、蛍光体層13からの光が入射しやすいように蛍光体層13と同程度の屈折率の材料で形成されていることが好ましい。ここで、同程度の屈折率とは両者の屈折率差が±0.2以下であることを意味する。また、蛍光体層13と基材141の間は、特に図示していないが、両者と同程度の屈折率を持つ接着層で接着されることが好ましい。接着層の材料としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂などが挙げられる。また、基材141および接着層は、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ0の材料で形成されていることが好ましい。
Since the material for forming the
回折型レンズアレイ142は、蛍光体層13で波長変換された光の一部と蛍光体層13を透過した光の他部とを出射面から出射する。回折型レンズアレイ142の出射面には、図11に示すように、波長変換された光の一部と透過した光の他部とを回折して出射するための複数の回折レンズが設けられている。複数の回折レンズは、例えば図12に示すように、出射面において同心円状に設けられている。本実施の形態では、出射面に垂直な面における回折レンズの断面は、鋸歯状であるとして説明するが、それに限らず、矩形状、三角形状または半球状でもよい。
The diffractive lens array 142 emits part of the light wavelength-converted by the
また、複数の回折レンズは、蛍光体層13で黄色光に波長変換された青色光の一部と蛍光体層13を透過した青色光を回折させて、予め定めた領域である光ファイバ2の開口部に集光させるように設けられている。そのため、複数の回折レンズのピッチは、所定の区域(ゾーン)ごとに異なる。また、複数の回折レンズのピッチは、回折型レンズアレイ142の中心から周辺に向かって狭くなっている。
Further, the plurality of diffractive lenses diffract part of the blue light wavelength-converted into yellow light by the
回折型レンズアレイ142の材料は、回折型レンズアレイ122と同様であるため詳細な説明は省略するが、回折型レンズアレイ142は、基材141からの光が入射しやすいように基材141と同程度の屈折率の材料で形成されていることが好ましい。さらに、回折型レンズアレイ142は、基材141と同様に、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ0の材料で形成されていることが好ましい。
Since the material of the diffractive lens array 142 is the same as that of the
なお、蛍光体層13から回折型レンズアレイ142に光が入射しやすいように、蛍光体層13に直接マイクロレンズアレイ14を形成(一体的に形成)してもよい。この場合、蛍光体層13を構成する樹脂によってマイクロレンズアレイ14を形成してもよいし、蛍光体層13と同程度の屈折率を持つ材料で形成してもよい。
In addition, the
(他の実施の形態等)
上述した実施の形態は一例にすぎず、各種の変更、付加、省略等が可能であることは言うまでもない。(Other embodiments, etc.)
The embodiment described above is merely an example, and it goes without saying that various modifications, additions, omissions, and the like are possible.
また、上述した実施の形態で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明の範囲に含まれる。その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, embodiments realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions described in the above-described embodiments are also included in the scope of the present invention. In addition, it is realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or the form obtained by making various modifications conceived by those skilled in the art to the above embodiment. Forms are also included in the present invention.
例えば、上記実施の形態における波長変換装置1を用いた照明装置も本発明に含まれる。上記実施の形態における波長変換装置1を照明装置に用いることでLED光源を用いた照明装置よりも小型化できる。
For example, the illumination device using the
なお、回折型レンズアレイ122の大きさは、光源11の光のスポット径よりも大きければよく、光源11が発する光の光束を変化させないことを条件に任意の値を取ることができる。
The size of the
11 光源
12 光学部材
13 蛍光体層11
Claims (11)
入射面に入射された前記光源からの光を波長変換する蛍光体層と、
前記光源と前記蛍光体層との間に配置され、前記光源が発する光をリング状に配向して、前記蛍光体層の前記入射面に入射させる光学部材とを備える、
波長変換装置。A light source that emits light of a predetermined wavelength in a wavelength region from ultraviolet light to visible light;
A phosphor layer for wavelength-converting light from the light source incident on the incident surface;
An optical member disposed between the light source and the phosphor layer, orienting light emitted from the light source in a ring shape, and entering the incident surface of the phosphor layer;
Wavelength converter.
請求項1に記載の波長変換装置。The optical member is arranged so that the light emitted from the light source is oriented in a ring shape having a diameter equal to or less than the diameter of the light emitted from the light source around the optical axis of the light source, and is incident on the incident surface.
The wavelength conversion device according to claim 1.
請求項1または2に記載の波長変換装置。The optical member is a diffractive microlens array.
The wavelength converter of Claim 1 or 2.
前記複数の回折レンズのピッチは、所定の区域ごとに異なる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長変換装置。The exit surface of the optical member is provided with a plurality of diffractive lenses that diffract the light emitted from the light source, and a rectilinear portion that straightens the light emitted from the light source,
The pitch of the plurality of diffractive lenses is different for each predetermined area,
The wavelength converter of any one of Claims 1-3.
請求項4に記載の波長変換装置。The pitch of the plurality of diffractive lenses widens from the center of the optical member toward the rectilinear portion in a top view, and narrows outward from the rectilinear portion.
The wavelength converter of Claim 4.
請求項4または5に記載の波長変換装置。The plurality of diffractive lenses are provided concentrically on the exit surface,
The wavelength converter according to claim 4 or 5.
鋸歯状である、
請求項4〜6のいずれか1項に記載の波長変換装置。Cross sections of the plurality of diffractive lenses in a plane perpendicular to the exit surface are as follows:
Serrated,
The wavelength converter of any one of Claims 4-6.
前記複数のリングは、同心である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の波長変換装置。The optical member is configured to orient the light emitted from the light source into a plurality of rings and to enter the incident surface of the phosphor layer,
The plurality of rings are concentric;
The wavelength converter of any one of Claims 1-7.
請求項8に記載の波長変換装置。The exit surface of the optical member is provided with a plurality of diffractive lenses that diffract the light emitted from the light source and a plurality of rectilinear portions that straightly travel the light emitted from the light source.
The wavelength converter of Claim 8.
前記蛍光体層は、前記光の一部を、黄色を示す波長帯域に波長変換する、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の波長変換装置。The light source emits blue light as the light,
The phosphor layer converts a part of the light into a wavelength band indicating yellow,
The wavelength converter of any one of Claims 1-9.
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